持续观察发现 是酷热让佛罗里达的珊瑚礁濒临灭绝

佛罗里达州的珊瑚礁曾经生机勃勃、种类繁多，但由于疾病、污染以及日益严重的热应力等因素，自 20 世纪 70 年代以来，健康珊瑚的覆盖率急剧下降了 90%。为此，我们采取了创新性的恢复措施，如"使命"（Mission：标志性珊瑚礁计划"等创新性恢复计划正在实施中，目标是到 2040 年恢复大量珊瑚覆盖。

2023 年 5 月 18 日拍摄的马蹄礁（Horseshoe Reef）图像，这是佛罗里达群岛上部基拉戈附近的一个小礁群。

2023 年 8 月 8 日获取的马蹄礁图像。

几十年前，佛罗里达的珊瑚礁区还是海洋中最珍贵的宝藏之一。这个世界第三大珊瑚礁从头到尾绵延 350 英里（560 公里），生机盎然。在这里，浮潜者会遇到大量的脑珊瑚、柱珊瑚、扇珊瑚、鹿角珊瑚和麋角珊瑚，水域里的鱼儿嬉戏，海龟和鲨鱼在碳酸钙的裂缝迷宫中游弋。

这种丰富的痕迹依然存在，但现在覆盖大部分珊瑚礁的不再是色彩斑斓的珊瑚花园，而是厚厚的草状海藻垫，被称为藻类草皮。在许多地区，色彩暗淡，海洋生物稀少。据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）估计，自 20 世纪 70 年代末以来，珊瑚礁的健康珊瑚覆盖率已经下降了90%，这可能是由于疾病、热应力、沉积物和营养物污染、开发、飓风和船只破坏等多种因素造成的。

2023 年夏季，水温创下历史新高，进一步破坏了珊瑚礁。佛罗里达海峡的水温早在 6 月中旬就达到了华氏87 度（摄氏 31 度）以上，许多地方的水温一直持续到 10 月份。在一些地区，气温偶尔会飙升到华氏 93 度以上。

部署在波多黎各进行测试的 FluidCam 仪器。资料来源：美国国家航空航天局

当水温超过 87 华氏度时，该地区的珊瑚通常会漂白或失去颜色。当生活在珊瑚骨骼中的有益藻类被排出，使珊瑚失去对生长和繁殖至关重要的糖分和蛋白质时，就会出现白化现象。虽然珊瑚可以从白化中恢复，但这往往是珊瑚走向饥饿和死亡的第一步。在佛罗里达水域，当水温长期超过华氏 90 度时，这种类似葵的小动物就会开始彻底死亡。需要注意的是，在世界其他一些地方，有些珊瑚物种可以在比这更高的温度下生存。

迈阿密大学地球科学家Ved Chirayath说："珊瑚礁有时被称为海洋雨林，我们看到佛罗里达的珊瑚礁遭到了相当于野火的水下蹂躏。"Chirayath 曾在美国国家航空航天局艾姆斯研究中心工作了十年，在那里他开发了创新技术，利用一种名为流体透镜的遥感技术捕捉珊瑚的清晰图像。这种技术可以消除水体运动和光在水体中的衰减所造成的失真，这种失真使得珊瑚礁的航拍图像比陆地上的图像更难解读。

当国家海洋与大气管理局邀请 Chirayath 将他的无人机和流体透镜技术带到佛罗里达群岛，帮助监测2023 年气温骤升时的珊瑚礁时，他抓住了这个机会。Chirayath 利用安装在无人机上的高性能数码相机（FluidCam）获取了本页顶部的图像，并利用流体透镜技术对其进行了处理。

这些图像提供了马蹄礁白化影响的高分辨率图像，马蹄礁是基拉戈附近佛罗里达群岛上部的一个小珊瑚礁群。本页顶部的下图是从约 100 英尺（30 米）的高度拍摄的，显示的是 2023 年 8 月 8 日水温创下新高后珊瑚白化和死亡的情况。本页顶部的上图显示的是 5 月 18 日的同一区域，当时水温还没有上升到对珊瑚来说危险的水平。

虽然马蹄礁曾经拥有佛罗里达州最大、最健康的麋角珊瑚和鹿角珊瑚群，但近几十年来，马蹄礁也像佛罗里达州的其他珊瑚礁一样，陷入了困境。作为"使命"（Mission）标志性珊瑚礁计划的一部分。

整个计划以佛罗里达州的七个珊瑚礁为目标，旨在到 2040 年将 300 万平方英尺（相当于 52 个足球场大小）的珊瑚覆盖率恢复到至少 25%。然而，根据国家海洋和大气管理局2024 年公布的外植个体评估结果，2023 年夏季，一些珊瑚礁上的麋角珊瑚和鹿角珊瑚等主要造礁物种的恢复数量减少了75%以上。

海洋生物学家凯蒂-莱斯内斯基（Katey Lesneski）解释说："你在 FluidCam 图像中看到的情况实际上已经超出了白化的范围。2023 年夏天的高温来得太早、太猛烈，以至于珊瑚组织几乎在瞬间死亡和脱落--这是我之前只在实验室里见过的情况。"

莱斯内斯基和国家海洋与大气管理局的同事以及合作组织后来发表的分析报告发现，在 2023 年夏季高温之前，该地区有 160 种麋角珊瑚基因型，到 2024 年只有 37 种还活着，不足以支持珊瑚的正常繁殖。上图是莱斯内斯基在 2023 年 7 月 25 日拍摄的照片，显示马蹄礁的麋角珊瑚已经漂白，很可能已经死亡。

从高空透过海水观察，白化现象可能非常细微，而且持续时间很短，或被藻类遮挡，因此用卫星跟踪白化或珊瑚死亡情况仍然具有挑战性。Chirayath 的最终目标是利用高分辨率图像（如来自 FluidCam 的图像）和机器学习技术来训练软件包，以便利用卫星图像更详细、近乎实时地绘制珊瑚礁地图。为了完善和改进流体透镜技术，Chirayath 在 2024 年进行了 13 次国际实地考察，预计 2025 年将在马达加斯加、印度、马尔代夫、澳大利亚和塞舌尔等五个新国家收集珊瑚礁图像。

公民科学家们正在使用一款名为NeMO-NET 的iPad应用来帮助加快绘图过程，Chirayath 正在使用 FluidCam 的观测数据，作为 NASA生物多样性和生态预测项目（MarineVERSE）和PICOGRAM（珊瑚个体生长、招募和死亡率预测）支持的两个正在进行的项目的一部分，以绘制新的高分辨率全球珊瑚地图。这些工作所产生的信息可以更容易地将资源和研究工作引向风险最大的珊瑚礁。

与此同时，在世界各地，珊瑚们正在经历被国家海洋和大气管理局称为有史以来第四次全球白化现象。自 2023 年 1 月 1 日以来，至少有70 个国家和地区发生了白化现象，约占全球珊瑚礁的 75%。根据美国国家海洋和大气管理局珊瑚礁观测站的白化展望，大西洋和太平洋的大片珊瑚礁在未来几个月内仍面临高风险。

不过，佛罗里达的珊瑚礁在 2024 年得到了部分缓和。虽然全球气温在 2024 年仍然居高不下，并像 2023 年一样继续刷新纪录，但佛罗里达海峡的海洋温度却有所下降，白化现象极少，为恢复工作赢得了一些时间。上图显示了 2023 年 7 月 11 日和 2024 年 7 月 11 日海水表面温度异常值的对比，前者高于白化临界值，后者则较为温和，低于临界值。

"我们非常幸运，今年夏天没有再看到大面积的白化现象，但我们知道，像2023年那样的热浪很可能再次发生，"莱斯内斯基说。"在未来几年里，继续用能抵御热应力和疾病的珊瑚恢复脆弱的珊瑚礁，并进行基因拯救将至关重要。基因抢救包括采集少量珊瑚，并将其保存在陆地上的设施中--类似于动物园--以保存基因品系。"

然而，美国宇航局喷气推进实验室科学家彼得-卡尔穆斯警告说，即使是这些努力也可能是不够的。卡尔穆斯分析了卫星收集的海面温度数据，并利用地球系统模型预测了全球珊瑚礁可能出现白化现象的频率。他在《地球的未来》上发表的一项研究中估计，目前大约有 80% 的珊瑚礁所在地每五年就会出现一次白化现象，他认为这对于健康的珊瑚礁来说是难以承受的。据他计算，如果不迅速减少化石燃料的使用，大约二十年后，这一数字将上升到 99%。

Michala Garrison 利用 Ved Chirayath（迈阿密大学）提供的 FluidCam 数据和 MUR SST（多尺度超高分辨率海面温度）项目的数据拍摄的 NASA 地球观测站图像。Ved Chirayath（迈阿密大学）提供的无人机照片。珊瑚白化照片由 Katey Lesneski（美国国家海洋和大气管理局）提供。